説明

エポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法

【課題】従来と同等の品質を有する4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル(エポキシ基末端(メタ)アクリレート)を安価に工業的に製造し得る方法を提供する。
【解決手段】下記式[II]で表されるヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと下記式[III]で表される2−(ハロメチル)オキシランを反応させる、下記式[I]で表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法。
【化1】

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はエポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法に関する。本発明で製造するエポキシ基末端(メタ)アクリレートは、原料名に由来して4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテルと命名することも出来る。
【背景技術】
【0002】
4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル(以下、4HBAGEということがある)、4−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル等に代表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートは、塗料または樹脂改良剤の原料として有用な化合物である(特許文献1)。斯かる化合物は、(メタ)アクリロイル基部分でビニル重合行った後、側鎖のエポキシ基部分で他の官能基と架橋反応を行い、塗膜として有用な性質を発現する。特に、4HBAGEを架橋反応に使用した塗料は、カルボン酸を有する架橋剤との反応性が良く、かつ架橋後にも可とう性が失われないという特徴を有する。
【0003】
例えば4HBAGEの製造方法としては、触媒としてパラトルエンスルホン酸を使用し、以下の反応式[V]に示す様に、(メタ)アクリル酸と1、4−ブタンジオールモノグリシジルエーテルを反応させる方法(非特許文献1、反応式:R'=H)や(メタ)アクリル酸低級アルキルエステルと1、4−ブタンジオールモノグリシジルエーテルのエステル交換反応により合成する方法(特許文献2、反応式:R'=低級アルキル)が知られているが、何れもコスト的に安価な方法とはいえず、工業的製法としては有用とは言えない。安価に入手可能な原料としてはヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルが挙げられるが、これを原料として4HBAGEを製造する方法は未だ見出されていない。
【0004】
【化1】

【0005】
【非特許文献1】Acta Chim.Hung.,CODEN:ACHUDC,122(1),1986,65-72
【特許文献1】特公昭48−22169号公報
【特許文献2】特開平8−99968号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、従来と同等の品質を有する4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートグリシジルエーテル(エポキシ基末端(メタ)アクリレート)を安価に工業的に製造し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、原料として安価に入手可能なヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルを使用した4HBAGEの製造検討の結果、見い出されたものである。
【0008】
すなわち、本発明の要旨は、下記式[II]で表されるヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと下記式[III]で表される2−(ハロメチル)オキシランを反応させることを特徴とする、下記式[I]で表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法に存する。
【0009】
【化2】

【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、従来と同等以上の品質を有する4HBAGEを安価な原料を使用して工業的に有利に製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の代表例であり、これらの内容に本発明は限定されるものではない。
【0012】
本発明においては、前記式[II]で表されるヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと前記式[III]で表される2−(ハロメチル)オキシランを反応させる。式[III]において、ハロゲン原子としては、Cl、Br、I等が挙げられるが、反応性の点から、通常Clが好適である。式[III]の化合物として、具体的にはエピクロロヒドリン又はエピブロモホドリンを使用することが好ましい。
【0013】
前記式[II]で表されるヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと前記式[III]で表される2−(ハロメチル)オキシランとの反応方法としては、(A)酸触媒を使用する2段階反応と(B)アルカリを使用する1段階反応の2つの方法が挙げられる。
【0014】
先ず、酸触媒を使用する2段階反応について説明する。この反応は、酸触媒の存在下で前記ヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと前記2−(ハロメチル)オキシランとを反応させて下記式[IV]で表される開環付加体(2−(3’−ハロ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)ブチル(メタ)アクリレート)を生成させた後、アルカリで開環処理する方法である。
【0015】
【化3】

【0016】
以下、開環付加体が成するまでの反応を反応(i)、開環付加体をアルカリで閉環処理する反応を反応(i i)として説明する。
【0017】
前述の通り、反応(i)で使用する2−(ハロメチル)オキシランとしては、エピクロロヒドリン又はエピブロモホドリンが好ましい。2−(ハロメチル)オキシランの量は、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートに対し、通常0.5〜5倍モルである。2−(ハロメチル)オキシランの量が多すぎると副反応の恐れがあり、少なすぎると収率低下の恐れがある。
【0018】
反応(i)は、溶媒の存在下または非存在下で実施できる。溶媒としてはトルエン等の環状炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、ジクロロメタン等のハロゲン系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、メタノール等のアルコール系溶媒、水などを使用することが可能である。
【0019】
反応(i)に使用する酸触媒としては、硫酸、塩酸、りん酸、硝酸などの無機酸、パラトルエンスルホン酸などの有機酸、三フッ化ホウ素エーテル錯体などの錯体類などが挙げられる。触媒の使用量は、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートに対し、通常0.001〜5倍モルである。触媒が多すぎると副反応の恐れがあり、少なすぎると収率低下の恐れがある。
【0020】
反応(i)の温度は通常―20℃〜100℃である。反応温度が高すぎると副反応の恐れがあり、低すぎると収率低下の恐れがある。反応時間は1〜48時間である。反応時間が長すぎると副反応の恐れがあり、短すぎると収率低下の恐れがある。反応の際にフェニチアジン、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル等の重合禁止剤を添加することが好ましい。添加量は通常0.05〜1重量%である。
【0021】
反応(i)の終了後は、反応液を洗浄し(具体的には、5重量%重曹水、水の順で洗浄)、有機層を濃縮した後、減圧で蒸留するが、蒸留しないで次工程を実施することも可能である。
【0022】
反応(i i)は、上記で得た2−(3’−ハロ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)ブチル(メタ)アクリレートをアルカリで閉環する。アルカリとしては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、重曹などの無機アルカリが好適である。アルカリの量は、2−(3’−ハロ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)ブチル(メタ)アクリレートに対し、通常1〜10倍モルである。アルカリ多すぎると副反応の恐れがあり、少なすぎると収率低下の恐れがある。
【0023】
反応(i i)は、溶媒の存在下または非存在下で実施できる。溶媒としては、トルエン等の環状炭化水素溶媒、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が挙げられる。
【0024】
反応(i i)の温度は通常0℃〜200℃で、反応温度が高すぎると副反応の恐れがあり、低すぎると収率低下の恐れがある。反応時間は通常1〜72時間である。反応時間が長すぎると副反応の恐れがあり、短すぎると収率低下の恐れがある。反応の際にメチルヒドロキノン等の重合禁止剤を添加することが好ましい。添加量は通常0.05〜1重量%である。
【0025】
反応(i i)の際、相間移動触媒を使用してもよい。相間移動触媒としては、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、トリブチルアンモニウムビロマイド等が挙げられる。相間移動触媒の使用量は、2−(3’−ハロ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)ブチル(メタ)アクリレートに対し、通常0.01〜1倍モルである。
【0026】
反応(i i)の終了後に、アルカリ塩を濾別し、濾液を濃縮した後、蒸留精製により目的とする4HBAGEが得られる。蒸留方法は、回分式(バッチ)、連続式(薄膜蒸留)の何れも可能であるが、より安定的に目的物を単離するためには滞溜時間の短い薄膜蒸留が好ましい。
【0027】
次に、アルカリを使用する1段階反応について説明する。この反応は、アルカリ触媒の存在下で前記ヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと前記2−(ハロメチル)オキシランとを反応させる方法である。
【0028】
前述の通り、使用する2−(ハロメチル)オキシランとしては、エピクロロヒドリン又はエピブロモホドリンが好ましい。2−(ハロメチル)オキシランの量は、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートに対し、通常0.5〜10倍モルである。2−(ハロメチル)オキシランの量が多すぎると副反応の恐れがあり、少なすぎると収率低下の恐れがある。
【0029】
アルカリ触媒としては、NaOH、KOH、Na、Li、NaH、NaCO、KCO等の無機アルカリ類が好ましい。アルカリ触媒の使用量は、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートに対し、通常0.001〜10モル%である。アルカリ触媒の使用量が多すぎると副反応の恐れがあり、少なすぎると収率低下の恐れがある。また、アルカリ触媒は、水溶液として添加してもよい。水溶液の濃度としては通常1〜50モル%である。
【0030】
アルカリ触媒と共に相間移動触媒を使用してもよい。相間移動触媒としては、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、トリブチルアンモニウムビロマイド等の4級アンモニウム塩類が挙げられる。
【0031】
反応は溶媒の存在下または不存在下で実施できる。溶媒としては、キシレン等の環状炭化水素溶媒、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、ジクロロメタン等のハロゲン系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、メタノール等のアルコール系溶媒、水などを使用することが可能である。
【0032】
反応温度は通常0℃〜150℃である。反応温度が高すぎると副反応の恐れがあり、低すぎると収率低下の恐れがある。反応時間は通常1〜24時間である。反応時間が長すぎると副反応の恐れがあり、短すぎると収率低下の恐れがある。反応の際にフェニチアジン、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテ等の重合禁止剤を添加することが好ましい。添加量は通常0.05〜1重量%である。
【0033】
反応終了後は、通常反応液を洗浄し(具体的には、5重量%塩酸水、水の順で洗浄)、有機層を濃縮した後、減圧で蒸留することにより、4HBAGEが得られる。蒸留方法は回分式(バッチ)、連続式(薄膜蒸留)の何れでも可能であるが、より安定的に目的物を単離するためには滞溜時間の短い薄膜蒸留が好ましい。
【実施例】
【0034】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【0035】
実施例1(酸触媒法による4HBAGEの製造):
4−ヒドロキシブチルアクリレート14.42g(0.1モル)にメチルヒドロキノン0.001gを添加し5℃に冷却した。三フッ化ホウ素エーテル錯体0.028g(0.0002モル)を添加し、5℃でエピクロロヒドリン7.4g(0.08モル)を30分で滴下し48時間、3℃で反応した。トルエン30mlを添加して、5重量%重曹水溶液10mlで有機層を洗浄し、分液後、水で有機層を洗浄した。有機層を減圧で濃縮して、粗2−(3’−クロロ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)ブチル(メタ)アクリレートを14.1gを得た。粗2−(3’−クロロ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)ブチル(メタ)アクリレート、炭酸カリウム3.6g(0.026モル)、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド0.011g、ジメチルアセトアミド10ml、メチルヒドロキノン0.001gから成る反応液を75℃で12時間反応した後、析出物を濾別して、濾液にトルエン10mlを添加した。有機層を水で洗浄した後、減圧で濃縮し、溶媒を除去した。残さを100〜120℃/2〜3トールの条件で蒸留したところ、純度99.3重量%の4HBAGE11.1gが得られた(収率69モル%)。
【0036】
実施例2(アルカリ触媒法による4HBAGEの製造):
4−ヒドロキシブチルアクリレート5g(0.0069モル)、エピクロロヒドリン12.2g(0.026モル)、メチルヒドロキノン0.001g、キシレン50ml、ナトリウム0.80g(0.0069モル)を40℃、8時間反応させた。反応後に析出物を濾別し、濾液を希塩酸、水の順で洗浄した。有機層を減圧で濃縮し、残さを100〜120℃/2〜3トールの条件で蒸留したところ、純度99.1重量%の4HBAGE3.41gが得られた(収率49モル%)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式[II]で表されるヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと下記式[III]で表される2−(ハロメチル)オキシランを反応させることを特徴とする、下記式[I]で表されるエポキシ基末端(メタ)アクリレートの製造方法。
【化1】

【請求項2】
酸触媒の存在下で前記ヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと前記2−(ハロメチル)オキシランとを反応させて下記式[IV]で表される開環付加体を生成させた後、アルカリで開環処理する、請求項1に記載の製造方法。
【化2】

【請求項3】
アルカリ触媒の存在下で前記ヒドロキシブチル(メタ)アクリル酸エステルと前記2−(ハロメチル)オキシランとを反応させる、請求項1に記載の製造方法。

【公開番号】特開2006−290778(P2006−290778A)
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−111907(P2005−111907)
【出願日】平成17年4月8日(2005.4.8)
【出願人】(000230652)日本化成株式会社 (85)
【Fターム(参考)】